物理学 > 流体动力学
[提交于 2025年6月3日
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标题: 球形微粒在三维涡流中的输运
标题: Transport of spherical microparticles in a 3D vortex flow
摘要: 颗粒物在生物和环境流体中很常见,并广泛应用于工业和制药领域。它们的运动和流动动力学受到与周围流体结构相互作用的强烈影响。虽然粒子-流体相互作用在低雷诺数(Re)流动以及完全发展的湍流中得到了广泛研究,但这些颗粒在中间流动区域中的输运机制仍较少被探索。 在这里,我们研究了中性浮力球形颗粒对单一涡旋流场的响应。使用微流控十字交叉几何结构,我们在适度的 $\text{Re}$ ($\sim 50$)下生成了一个特征明确、稳定的三维沿流向涡旋。我们的实验结果得到了数值模拟的支持,表明随着颗粒直径的增加,颗粒逐渐从涡核中排出。起初,小颗粒遵循类似Burgers涡旋的自相似运动,但对于较大的颗粒直径,由于流体惯性和有限尺寸效应,这种趋势出现了偏差。这些发现增强了我们对涡旋流中颗粒动力学的理解,并对涉及颗粒分选和分离的微流体应用具有重要意义。
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